余慶縣黔地水鄉大酒店1號樓防雷工程設計

涂仁忠，冉國輝，楊 明

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400;2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300;3.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000)

1 現場勘測

1.1 地理位置及地形地貌

余慶黔地水鄉大酒店位于 107°52'8″E，27°14'26″N，地處余慶縣石羊湖新城，東臨石羊湖。

擬建場地整體北側高，南側低。場地由于平場開挖將在場地東側、北側、西側形成高2.2～11.8 m左右的巖土混合邊坡。場地所處地貌單元為風化殘丘地貌。

1.2 雷電活動規律

根據余慶縣氣象局60 a氣象觀測數據分析，余慶縣的年平均雷暴日數為47.8 d，雷電主要發生在4—8月，月平均雷暴日數超過10 d，最多超過8 d，雷暴日數最多的年份為1961年(72 d);雷暴日數最少年份為2009年(20 d)。11—次年2月少有雷電發生。此外，余慶縣每年的雷電活動呈現雙峰特性，4、5月和7、8月為每年雷電活動頻繁月，其中8月最強，最多時當月雷暴日數高達20 d。

根據貴州省雷電監測網數據繪制的黔地水鄉大酒店(以項目中心位置5 km半徑)區域范圍內雷電流年平均地閃次數375次，地閃密度約為4.78次/km2·a。

根據黔地水鄉大酒店工程(以項目中心位置5 km半徑)所處地域近4 a地閃數據繪制的日均分布圖(圖略)，可知:該地域地閃主要活躍在13－02時，96%的地閃都發生在這個時段，03－12時地閃相對較少，約4%的地閃發生在這個時段。

1.3 土壤電阻率

本文采用雙鉗型接地電阻測試儀HT－TERR－234E測量土壤電阻率，數值來源于2012年2月24日在余慶黔地水鄉大酒店工程所在位置處現場采集的數據，采集當日天氣為陰天，所測量項目區域內平均土壤電阻率為166Ω·m。

1.4 建筑條件

擬建余慶黔地水鄉大酒店一號(四星級酒店)樓，建筑面積為 36 800m2，長 46 m，寬 40 m，高99.1 m;頂面的長為40m，寬40m;酒店負1層為地下停車場及設備間，其建筑面積為2 400 m2，其中長60 m，寬40 m;負2層、地上5層為酒店配套娛樂設施。

1.4.1 頂部設施 屋面沒有其他設施，僅在頂4個角裝有紅色中強光B型閃光航空障礙燈。

1.4.2 內部設施 包括通信網絡、網絡中心、視頻監控、火警自動報警系統等。

另外，酒店內設有3個低壓供電系統。進入大樓的設施外部管線主要有自來水管、電話線路、電源線。

2 防雷等級確定

2.1 建筑物防雷等級確定

經計算，該建筑的預計雷擊次數＞0.06次/a，且小于或等于0.3次/a，為人員密集的公共建筑物。根據GB 50057－2010《建筑物防雷設計規范》，該建筑物應該劃為第二類防雷建筑物。

2.2 弱電信息系統防護等級確定

根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB 50343－2009，四星級賓館的信息系統防雷應按A級設計，故將此樓信息系統防雷按A級設計。

3 設計方案

3.1 外部防雷

3.1.1 接閃器設計 根據實際情況，考慮到整體美觀，且屋面有要保護的航空障礙燈所以宜采用避雷針和避雷帶形成的接閃器系統。

對于避雷針，由于屋頂的面積大，考慮到經濟問題，采用4根獨立的短避雷針分別對4個航空障礙燈進行保護。將避雷針安裝在航空障礙燈的固托板上，下面用長為1.5 m的金屬鋼管作為立柱，在離障礙燈0.5 m的地方安裝1根避雷針，則一共4根針，這樣可以更好的減少雷擊危害的幾率。避雷針與障礙燈的距離為0.5 m，符合《建筑物防雷設計規范》(GB 50057－2010)對獨立避雷針距被保護物距離的要求，大大的減輕了反擊發生的概率。

根據實際情況按照單針的保護范圍計算出避雷針高度。用滾球法計算避雷針高度為0.6 m。因此，設計避雷針的高度為1 m。根據避雷針生產廠家有關產品數據1 m高避雷針自身抗風強度可以滿足余慶縣的最大風速。

屋頂邊緣明裝避雷帶，沿著四周墻體設置，由于該酒店屬于第二類防雷建筑，要求避雷網格的尺寸≤10 m×10 m或者8 m×12 m;且屋面為40 m×40 m的正方形，為了美觀且經濟，所以使避雷帶在屋面組成10 m×10 m的網格。此避雷帶采用鍍鋅圓鋼Φ12mm，間距為1.0 m，高為0.15 m的定制支持碼固定于屋面、屋脊、屋檐等容易受雷擊的部位。突出屋面的所有金屬構件，航空障礙燈的金屬配管，金屬屋架及建筑物的排水管、欄桿等采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼做等電位連接，其連接點不應＜2處。

3.1.2 引下線設計 由于該建筑屬于第二類防雷建筑，其引下線間距不＞18 m，而且該主鋼筋Φ20 mm，從經濟角度考慮，選擇利用混凝土柱子外側主鋼筋作為引下線。利用混凝土柱子外側兩根主鋼筋作為引下線，將引下線自下而上通長焊接連通，下部與獨立基礎底部鋼筋焊接連通，上部與樓屋面水平圈梁主鋼筋及避雷帶焊接連通，要求用作引下線的鋼筋每層至少有一個箍筋與柱所有鋼筋相焊接，這樣可以使引下線柱鋼筋間的電位均衡，并增加引下線的泄流能力。但此酒店的弱電機房位于最底層，所以各引下線與弱電機房的接地點之間的距離應≥10 m，根據建筑物的條件，引下線在水平方向上每隔10 m設置一根，側面每隔10 m設置一根，避開弱電機房接地點，則總條數為16條。

3.1.3 接地網設計 對于本建筑接地宜和防雷電感應、電氣設備、信息系統等接地共用同一接地裝置;每根引下線的沖擊接地電阻不應＞10Ω，并與埋地金屬管道相連;利用建筑物絕大多數柱子基礎的鋼筋作為接地體，保證地面電位分布均勻，即優先采用自然接地。該建筑物的基礎接地電阻值R估算為0.011Ω，符合規范對第二類防雷建筑物接地電阻的要求，所以將大樓的基礎鋼筋作為自然接地體，無需外引接地體。

此外，接地端子的設計應采用40 mm×4 mm扁鋼從就近的結構柱或圈梁內主鋼筋焊接引出，以便設備就近接地。而對配電箱、等電位箱、給排水、消防管道、衛生間、電梯機房等應該設置預留接地端子。

3.1.4 均壓環設計 由于此建筑屬于二類建筑，按照規范規定的滾球法計算應超過45 m才考慮防側擊雷，但是考慮到此樓高991 m，受到側擊雷的概率比較大，所以在超過30 m以上的部分均實施均壓處理。30 m及以上外墻上的欄桿、扶手、門窗、金屬外掛件等較大的金屬物與防雷裝置相連，且預埋件的焊接點不應＜2處;豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和低端應與防雷裝置連接，且每3層與均壓環連接一次，作引下線的鋼筋每層至少有一個箍筋與柱所有鋼筋相焊接。

3.1.5 防止跨步電壓 跨步電壓的大小決定于人體離接地點的距離，距離越遠，跨步電壓數值越小，在遠離接地點20 m以外處，電位近似于零。然而高壓跨步電壓可能造成人觸電。所以酒店大門口處的接地裝置應埋深至1 m以下，且在酒店的四周上面鋪設寬度為3 m、厚90 mm的瀝青層。

3.2 內部防雷

3.2.1 屏蔽措施 該建筑內設一個網絡中心、一個弱電機房、一個空調機房、電梯機房、一個視頻監控室，其網格寬度分別為 18 m、4 m、3 m、3 m、3 m，在未裝設屏蔽網格前，該建筑本身的金屬框架作為初級屏蔽網格，在該屏蔽網格保護下機房內部的磁場強度達1.426 GS。建筑物的初級屏蔽是不夠的，仍需采取一定措施。將建筑屋頂金屬、外墻立面金屬表面、混凝土內鋼筋和金屬門窗框架做等電位連接，并與防雷裝置相連。此外，還需加密屏蔽網格，形成第2級屏蔽。用直徑6 mm的鋼筋作為屏蔽材料，其屏蔽網格的網格寬度為0.2 m。

依照計算結果，此時的磁場強度不會對弱電機房、空調機房、視頻監控室的電子設備有影響，所以應對弱電機房、空調機房、視頻監控采取室加密屏蔽網格的措施以實現對設備的保護。

對網絡中心采取第3次屏蔽，同樣再采取直徑6mm的鋼筋作為屏蔽材料，其屏蔽網格的網格寬度為0.2 m。依照計算結果，此時的磁場強度不會對網絡中心的電子設備的有影響，所以應對網絡中心采取2次加密屏蔽網格的措施即3次屏蔽以實現對設備的保護。

對于酒店的設備的電源線和控制線要穿金屬管屏蔽或采用金屬橋架屏蔽［3］。

信號線應穿金屬管埋地進入建筑物，埋地長度也不應＜26 m;在入戶端應將金屬管電纜金屬外皮和金屬設備外殼與預留接地端子相連;垂直敷設的金屬管線的主干線以集中于酒店中心部位為宜，盡可能遠離引下線。

3.2.2 防靜電措施 機房內采用PVC導靜電防火阻燃地板，由于貼面夾層中含有分布均勻的導電材料，所以貼面具有永久的導電性能，而且PVC貼面保持零伏的靜電壓，不會產生靜電對灰塵的吸附作用，所以清潔房間中不必對灰塵進行清理。其系統電阻值為105Ω，符合現行國家標準《計算機機房用活動地板接地技術條件》的規定。另外采用導電膠讓地板與地面粘牢，其接觸面積不＜10 cm2。機房內的導體必須與大地作可靠連接，嚴禁裸露金屬部分，不得有對地絕緣的孤立導體。導靜電地面、活動地板、工作臺面和座椅墊套必須進行靜電接地。靜電接地可經限流電阻及自己的連接線與接地裝置相連，限流電阻的電阻值應為1 mΩ。靜電接地的連接線應有足夠的機械強度和化學穩定性。

3.2.3 等電位連接 本建筑電氣設備的保護接地，工作接地與建筑物的防雷接地采用共同接地裝置的聯合接地方式。總接地電阻值不＞1.0Ω。

在設置引下線和接地時，已將外墻上的門窗、表面裝飾物等較大的金屬物與防雷裝置連接;垂直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端也與防雷裝置連接，這些都屬于等電位連接。在此，對其進行進一步完善的等電位連接。

①對整個酒店進行總等電位連接，總等電位端子箱(MEB箱)設置在酒店的地下室，通過進線配電箱近旁的接地母排(總等電位連接端子板)將進線配電箱的PE母排，公用設施的進戶金屬管道，金屬暖氣片、空調管，電梯導軌，建筑物金屬結構，接地極引線等可導電部分互相連通。

②對酒店的各個有用電設備房間進行局部等電位連接。如:網絡中心，弱電機房，空調機房，電梯機房，視頻監控室，酒店各個客房，前臺及各個工作人員的辦公室等。

③對于網絡中心，采用M型等電位連接網絡，使用截面積60 mm2、厚度為10 mm的扁銅，在機房防靜電地板下沿四周暗敷，根據設備數量及布置情況決定等電位連接網絡敷設成3 m×3 m的網狀。機房內各接地用截面積不＜6 mm2的絕緣銅導線，就近連接到等電位連接端子板上。將進入網絡中心的各類水管、空調管道和電纜的金屬外殼在進入建筑物處應做等電位連接，網絡中心內系統設備和裝置外露可導電部分電氣聯結。

④對于空調機房，電梯機房和視頻監控室，采用S型等電位連接網絡，應在房內適當位置明裝等電位連接端子板。其中等電位連接端子板應采用截面積為55 mm2，厚度為5 mm銅質材料。并且將進入房間的各類水管、空調管道和電纜的金屬外殼在進入建筑物處應做等電位連接，房間內系統設備和裝置外露可導電部分必須電氣聯結。

⑤對酒店的所有客房以及其它有電子設備都應做局部等電位聯結，同樣先將進入房間的各類水管、空調管道和電纜的金屬外殼在進入建筑物處應做等電位連接，房間內系統設備和裝置外露可導電部分電氣聯結，在各個房間內下水管、電子設備以及所有導體通過等電位聯結線與局部等電位端子板連接。

⑥低壓線路全長采用埋地電纜或敷設在架空金屬線內的電纜引入時，在入戶端應將電纜金屬外皮、金屬線槽接地。對于室內的水管、供熱管以及通訊、信號、電源等電纜金屬護套都要進行等電位連接。

金屬構件必須在每一穿過界面的點做等電位連接。

3.2.4 SPD的安裝

①電源SPD的安裝。對于此建筑，由于酒店的信息系統防雷按A級設計，電源線路采取4級防雷措施，即采取四級防雷措施。

第1級電源SPD:在酒店的配電房總配電箱空氣開關處并接三相電壓開關型SPD，初步衰減從電源線引入的強雷電流和高電壓，把雷電流脈沖降低到設備能承受的水平，其最大放電電流為100 kA。且此建筑物的電源線路進入建筑物之前，已由30 m外的配電房埋地引入，所以將埋地管道的金屬屏蔽層就近接在等電位連接排上，并安裝第1級SPD保護。

第2級電源SPD:在各分配電箱樓層配電箱空氣開關處并接限壓型SPD，其最大放電電流為80 kA。并在其前端加裝熔斷器，防止當較大雷電流進入時，經過第1級防雷器而剩余的雷電高殘壓損壞線路。

第3級電源SPD:在各個電氣設備房間的配電箱空氣開關處并接限壓型SPD，其最大放電電流為40 kA。并在其前端加裝熔斷器，同樣是防止當較大雷電流進入時，經過第2級防雷器而剩余的雷電高殘壓損壞線路。

第4級電源SPD:在各主要電氣設備電源插座處分別安裝第4級電源插座保護器，其前端也應加裝熔斷器，實現精細保護級別，其最大放電電流為20 kA，并盡量靠近設備。如果浪涌保護器距被保護設備的距離過大，雷電波的反射效應會在被保護設備上引起振蕩，使設備上的電壓超過保護器的殘壓而損壞設備各級電涌保護器。

②機房的防浪涌保護

考慮機房的重要性，在主交換機接口處安裝網絡線SPD，然后在通訊信號線路上分別串聯RJ 45－ADSL/4信號防雷器，接口形式為RJ 45。

針對機房網線，采用2級信號浪涌保護器。信號SPD安裝在交換機處光電轉換端口后端。第1級采用氣體放電管泄放雷電流，第2級采用暫態抑制二極管，且第1級與第2級之間采用退耦元件。

③有線電視的浪涌保護。

第1級SPD:在酒店線路的總接口處安裝KBT－380B/60三相電源避雷器。

第2級SPD:在酒店的各個樓層的線路分接口處安裝KBT－380B/40三相電源避雷器。

第3級SPD:在各個房間的有線接口處安裝KBT－380B/20三相電源避雷器

④視頻的防浪涌保護。

本建筑的攝像頭安裝于樓梯口，每層樓的走廊盡頭以及電梯內部，處于樓頂接閃器的保護范圍內，所以不必再設置接閃設施。攝像頭的電源線和信號線應穿金屬管屏蔽，在設備前的每條線路上加裝合適的避雷器。視頻線避雷器選用 BYT－BNC，工作頻率0－10 MHZ、浪涌電壓3 kA、插入損耗＜0.3 db。信號云臺控制線避雷器選用BYX－JZ/GF6，網絡標稱電壓24 V、浪涌電流5 kA、插入損耗＜0.5 db。上述2種避雷器響應時間均≤25 ns。

⑤電梯機房的SPD。

第1級SPD:在控制柜內信號處理通訊板輸入輸出IO控制線路安裝AOTEM SPD AT KZ。該避雷器的最大防雷能力為:5 kA(8/20)，響應時間＜1 ns，貼片式防雷生產技術。

第2級SPD:在控制柜內繼電器板各低壓回路的匯總板線路處安裝AOTEM SPD AT 24V。

第3級SPD:由于此電梯對講系統為總線式設計，所以在對講主機電源線路及4芯信號處分別安裝AOTEM SPD ATB140－2－D10和AT 170V/4避雷器。

⑥火警自動報警系統的SPD。

第1級SPD:在消防的主機房的總接口處安裝KBT－380B/60三相電源避雷器。

第2級SPD:在消防的各個樓層的分接口處安裝KBT－380B/40三相電源避雷器。

第3級SPD:在各個房間的接口處安裝KBT－380B/20三相電源避雷器

4 結論

本文綜合考慮余慶縣雷暴活動特點、黔地水鄉酒店1號樓特點及內部信息系統的重要性等因素，對建筑物雷電防護等級劃分、外部防雷措施和內部防雷措施等技術和方法進行了研究。針對該酒店大樓設計了一套綜合防雷的方案，在采用完善的直擊雷防護措施的前提下，著重考慮雷擊電磁脈沖對建筑內部的信息系統的影響，提出采用屏蔽、防靜電、等電位連接、加裝浪涌保護器等綜合技術。實施該方案可使建筑物的雷擊損害降到最低程度，為大樓內部的人員及信息系統安全可靠運行提供保障。

［1］陳渭民.雷電學原理［M］.北京:氣象出版社.

［2］郭明利.智能建筑中弱電系統的防雷設計與應用［J］.低壓電器，2009，(16):11.

［3］潘家利，侯安校，李敏，等.電位連接網絡在信息系統防雷接地工程中的應用［J］.氣象研究與應用，2008，(9):52.